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鋰離子動力電池
閱讀:2050時間:2018-11-15 16:46:12

    鋰離子動力電池是20世紀開發成功的新型高能電池。這種電池的負極是金屬鋰,正極用MnO2,SOCL2,(CFx)n等。70年代進入實用化。因其具有能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長等優點,已廣泛應用于軍事和民用小型電器中。

簡介

    鋰離子動力電池在移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等、部分代替了傳統電池。大容量鋰離子電池已在電動汽車中試用,將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一,已經在人造衛星、航空航天和儲能方面得到應用。
    錳酸鋰,磷酸鐵鋰等為正極材料的動力電池,統歸為鋰離子動力電池,各有優勢,是新一代鋰離子動力電池的發展趨勢

特點

    特點編輯
    電壓高
    是鎳鎘電池,鎳氫電池的3倍,鉛酸電池的近2倍,這也是鋰離子動力電池比能量高的一個重要原因。因此組成相同電壓的動力電池組時,鋰離子動力電池使用的串聯數目會大大少于鉛酸電池和鎳氫電池。如果動力電池中單體電池數量越多,電池組中單體電池的一致性要求就越高,壽命就越不好做,在實際使用過程中電池組有問題分析后,一般是其中一、兩個單體電池出問題然后導致整組電池出現問題,因此不難理解為什么48V的鉛酸電池比36V的鉛酸電池反饋要高,從這個角度上講鋰電更適合動力電池的使用。例如36V 的鋰電只需要10個單體,而36V鉛酸電池需要18個單體電池,即3只12V的電池組,而每只12V的鉛酸電池有六個單格即六個單體電池組成。
    重量輕
    比能量大,高達150Wh/Kg,是鎳氫電池的2倍,鉛酸電池的4倍, 因此重量是相同能量的鉛酸電池的三分之一到四分之一,從這個角度講鋰電消耗的資源就少,而且由于錳酸鋰電池中所用元素的儲量比較多,因此相對鉛酸、鎳氫電池可能會進一步漲價,鋰離子動力電池成本反而是進一步降低的。電動自行車用鋰離子電池重量為2.2-4公斤,鉛酸電池的重量為12-20公斤,鋰電重量約為鉛酸電池的四分之一到三分之一,比鉛酸電池輕約10公斤(36V,10Ah電池),電池重量減輕了70%,整車總重量至少減輕了20%。加上一般鋰電車都是簡易款的電動自行車,由于電池和整車輕,相同電壓、相同容量的電池行駛里程更長,普通的電動車重量在40公斤以上,而鋰離子動力電池電動自行車重量在7到26 公斤之間。女士和老年人都可以輕易搬動,人力騎行也十分輕便,運動休閑兼得。 (3)體積小,高達到400Wh/L,體積是鉛酸電池的二分之一到三分之一。提供了更合理的結構和更美觀的外形的設計條件、設計空間和可能性。現階段由于鉛酸電池體積、重量的限制,設計師們的設計思想受到極大約束,導致現階段的電動自行車在結構和外觀上“千車一面”、雷同相似、單調劃一。而鋰離子電池的使用,給設計師們提供了展示設計思想和設計風格的更大空間及條件。當然同時也導致電動自行車用鋰離子動力電池尺寸多種多樣,不利于鋰動力電池行業的發展。鋰動力電池行業也需要盡快制定電動自行車用鋰離子電池國家標準,加速在電動自行車領域鋰電對鉛酸電池的替代。當然2013年鋰電池是在不斷發展過程中的不同材料、不同工藝電池的體積有很大的差別,如何統一也是一個難點。
    壽命長
    循環次數可達1000~3000次。以容量保持70%計,電池組100%充放電循環次數可以達到200次以上,使用年限可達5~8年,壽命約為鉛酸電池的兩到三倍。隨著技術的革新,設備的提高,電池的壽命會越來越長,性價比會越來越高。 (5) 自放電率低,每月不到5%。
    范圍寬
    低溫性能好,鋰離子動力電池可在-40℃~+55℃之間工作,而水溶液電池(比如鉛酸電池、鎳氫電池)在低溫時,由于電解液流動性變差會導致性能大大降低。
    無記憶
    所以每次充電前不必像鎳鎘電池、鎳氫電池一樣需要放電,可以隨時隨地的進行充電。電池充放電深度,對電池的壽命影響不大,可以全充全放,我們循環測試就是全充全放的。
    動力電池
    除了鋰離子電池電壓高之外,由于鋰離子動力電池組的保護板能夠對每一個單體電池進行高精度監測,低功耗智能管理,具有完善的過充電、過放電、溫度、過流、短路保護、鎖定自恢復功能以及可靠的均衡充電功能,大大的延長了電池的使用壽命。而其他類型電池(比如鉛酸電池)在使用過程中由于電池一致性、充電器等問題,易產生電池過充、過放等問題(由于成本等各方面的原因,鉛酸電池組內不能對每一個單體電池進行監測和保護)。
    無污染
    鋰離子動力電池中不存在有毒物質,因此被稱為“綠色電池”,國家重點扶持。而鉛酸電池和鎘鎳電池由于存在有害物質鉛和鎘,國家必然會加強監管和治理(鉛酸電池出口退稅的取消,鉛資源稅的增加,鉛酸電動自行車出口的受限),相應企業的成本也會增加。雖然鋰電池沒有污染,但從資源節約的角度考慮。鋰離子動力電池的回收,回收中的安全性,回收的成本也都需要考慮。
    安全隱患
    由于鋰離子動力電池能量高,材料穩定性差,鋰電容易出現安全問題,2013年世界上知名的手機和筆記本電腦電池(正極材料為鈷酸鋰和三元材料)生產企業,日本三洋、索尼等公司要求電池的爆噴率控制在40個ppb(十億分之一)以下,國內公司能達到ppm(百萬分之一)級的就已經不錯了,而動力電池的容量是手機電池容量的上百倍以上,因此對鋰電的安全性要求極高。雖然鈷酸鋰電池和三元材料的電池具有重量更輕,體積更小等優點,但它們是不適合作動力電池應用于電動車的。混晶錳酸鋰和磷酸亞鐵鋰的鋰離子電池是最有前景的鋰離子動力電池。
    價格高
    相同電壓和相同容量的鋰離子動力電池價格是鉛酸的3-4倍。隨著鋰離子動力電池市場的擴大,成本的降低,性能的提高,以及鉛酸電池價格的提高,鋰離子動力電池的性價比是有可能超過鉛酸電池的。

結構

    鋰離子動力電池通常有兩種外型:圓柱型和長方型。 圓柱型電池內部采用螺旋繞制結構,用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯或聚丙烯或聚乙烯與聚丙烯復合的薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。而長方形則是通過疊片這種形式,即一正極上放置隔膜然后負極,以此類推,疊加而成。包括由含鋰的材料(如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰的一種或幾種混合使用等)組成的鋰離子收集極及由鋁薄膜組成的電流收集極。負極由層狀碳材料組成的鋰離子收集極和銅薄膜組成的電流收集極組成。電池內充有有機電解質溶液。另外還裝有安全閥和PTC元件,以便電池在不正常狀態及輸出短路時保護電池不受損壞。
    單節鋰電池的電壓為3.6V,容量也不可能無限大,因此,常常將單節鋰電池進行串、并聯處理,組成電池組,以滿足不同場合的要求。
    1.抑制電池極化,減少熱效應,提高倍率性能;
    2.降低電池內阻,并明顯降低了循環過程的動態內阻增幅;
    3.提高一致性,增加電池的循環壽命;
    4.提高活性物質與集流體的粘附力,降低極片制造成本;
    5.保護集流體不被電解液腐蝕;
    6.改善磷酸鐵鋰、鈦酸鋰材料的加工性能。

應用

    應用群體
    隨著二十世紀微電子技術的發展,小型化的設備日益增多,對電源提出了很高的要求。鋰離子動力電池隨之進入了大規模的實用階段。 最早得以應用于心臟起搏器中。由于鋰離子動力電池的自放電率極低,放電電壓平緩。使得起搏器植入人體長期使用成為可能。
    鋰離子動力電池一般有高于3.0伏的標稱電壓,更適合作集成電路電源。二氧化錳電池,就廣泛用于計算機,計算器,照相機、手表中。
    2013年,鋰離子動力電池大量應用在手機上,可以說是最大的應用群體。
    舉例
    1、作電池組維修代換品有許多電池組:如筆記本電腦上用的那種,經維修發現,此電池組損壞時僅是個別電池有問題。可以選用合適的單節鋰電池進行更換。
    2、制作高亮微型電筒筆者曾用單節3.6V1.6AH鋰電池配合一個白色超高亮度發光管做成一只微型電筒,使用方便,小巧美觀。而且由于電池容量大,平均每晚使用半小時,至今已用兩個多月仍無需充電。
    3、代替3V電源。由于單節鋰電池電壓為3.6V。因此僅需一節鋰電池便可代替兩節普通電池,給收音機、隨身聽、照相機等小家電產品供電,不僅重量輕,而且連續使用時間長。

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